Spectroscopie

En clair. UV-Vis, IR, RMN.

Ce qu'on te demande au bac STL : maîtriser le vocabulaire de « Spectroscopie », savoir refaire les calculs ou raisonnements du cours et les appliquer à un cas concret.

Conseil de révision. Relis d'abord l'encadré, puis fais le quiz : si tu bloques, reprends la partie correspondante du cours.

Définitions clés

• Spectroscopie : ensemble des techniques étudiant l'interaction entre un rayonnement électromagnétique et la matière.
• Absorbance A : grandeur sans unité mesurant l'atténuation d'un faisceau lumineux par une solution.
• Chromophore : groupement responsable de l'absorption UV-visible (doubles liaisons conjuguées, cycle aromatique, groupe carbonyle).

$E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$

avec h = 6,63×10⁻³⁴ J·s : plus la longueur d'onde est courte, plus le photon est énergétique.

Spectroscopie UV-visible

$A = \log\frac{I_0}{I} = \varepsilon \cdot \ell \cdot C \quad \text{(loi de Beer-Lambert)}$

• ε : coefficient d'absorption molaire (L·mol⁻¹·cm⁻¹), propre à l'espèce et à λ ;
• ℓ : trajet optique (cuve de 1,00 cm) ; C : concentration molaire.

Conditions de validité : solution diluée (A < 1,5), lumière monochromatique, absence de réaction chimique ou de turbidité.

Exemple chiffré

Une solution de permanganate donne A = 0,620 à λ_max = 540 nm, ℓ = 1,00 cm, ε = 2,4×10³ L·mol⁻¹·cm⁻¹ : $C = \frac{0{,}620}{2400 \times 1{,}00} = 2{,}6\times10^{-4}\ \text{mol·L}^{-1}$

Droite d'étalonnage

On prépare une gamme par dilutions successives et on trace A = f(C). La régression linéaire passant par l'origine valide Beer-Lambert et sa pente vaut ε·ℓ. On lit la concentration inconnue par interpolation, jamais par extrapolation hors gamme.

Applications biologiques

Autres spectroscopies au programme

• Infrarouge : vibrations de liaisons. O–H alcool large 3200–3600 cm⁻¹, O–H acide très large 2500–3200 cm⁻¹, C=O intense 1650–1750 cm⁻¹, C≡N 2200–2260 cm⁻¹. Elle identifie les fonctions, pas le squelette.
• RMN du proton : nombre de signaux = groupes de protons équivalents ; déplacement chimique δ = environnement électronique ; intégration = nombre de protons ; règle des (n+1)-uplets.
• Émission atomique / photométrie de flamme : dosage du sodium et du potassium en biologie clinique.

Protocole type

1. Tracer le spectre A = f(λ) et choisir λ_max.
2. Réaliser le blanc avec le solvant et tous les réactifs sauf l'analyte.
3. Rincer la cuve avec la solution à mesurer, essuyer les faces optiques.
4. Mesurer du plus dilué vers le plus concentré.

Erreurs fréquentes

• ❌ Oublier le blanc, ce qui décale toutes les absorbances.
• ❌ Mesurer hors de λ_max : sensibilité réduite et forte dépendance aux dérives de longueur d'onde.
• ❌ Appliquer Beer-Lambert au-delà du domaine de linéarité.
• ❌ Confondre transmittance (T = I/I₀) et absorbance (A = −log T).

Quiz de révision

1. Que vaut A si T = 10 % ? → A = 1,0.
2. Unité de ε ? → L·mol⁻¹·cm⁻¹.
3. Quel rapport valide la pureté d'un ADN extrait ? → A260/A280 entre 1,8 et 2,0.
4. Quelle bande IR signale un acide carboxylique ? → O–H très large 2500–3200 cm⁻¹ avec C=O vers 1710 cm⁻¹.